Siden oppdagelsen i 2005 har exoplanet HD 189733b vært en av de mest observerte ekstra solplaneter, på grunn av sin størrelse, kompakte bane, nærhet til Jorden og lokkende blå himmelatmosfære. Men astronomer som bruker Hubble-romteleskopet og Swift-teleskopet har vært vitne til dramatiske forandringer i planetens øvre atmosfære etter en voldsom oppblussing fra foreldrene som badet planeten i intens røntgenstråling. Forskerne sier å kunne se på handlingen gir et fristende glimt av det skiftende klimaet og været på planeter utenfor solsystemet vårt.
Mens HD 189733b har en blå himmel som Jorden, er det en av de mange "varme Jupitere" som har vært det enkleste for eksoplanettjegere å finne: enorme gassplaneter som går i bane ekstremt nær stjernen. HD 189733 ligger ekstremt nær stjernen, kalt HD 189733A, bare trettiende avstanden Jorden er fra solen, og pisker rundt stjernen på 2,2 dager. I tillegg ligger systemet bare 63 lysår unna, så nært at stjernen kan sees med kikkert nær den berømte hantelnebulaen.
Selv om stjernen er litt mindre og kjøligere enn solen, gjør dette klodens planet ekstremt varmt, over 1000 grader Celsius, og den øvre atmosfæren er rammet av energisk ekstrem ultrafiolett og røntgenstråling.
Selv om atmosfæren på HD 189733b ikke var antatt å fordampe (som en lignende eksoplanett kalt Osiris, eller HD 209458b), visste astronomene potensialet var der. De atmosfæriske gassene strekker seg langt utenfor den planetariske "overflaten" slik at stjernestrålende lys kan passere gjennom, og i tidligere observasjoner klarte astronomer å se på hvilke kjemiske forbindelser som omgir HD 189733b. Fra denne analysen utledet forskere at vann og metan er inneholdt i atmosfæren; og senere kartla romteleskopet fra Spitzer til og med temperaturfordelingen rundt hele kloden. Ytterligere forskning indikerte at et tynt lag med partikler eksisterer i den øvre atmosfæren på HD 189733b, og skaper tynne reflekterende skyer.
Astronom Alain Lecavelier des Etangs fra Paris Institute of Astrophysics i Frankrike ledet et team som brukte Hubble for å observere atmosfæren på denne planeten i løpet av to perioder i begynnelsen av 2010 og slutten av 2011, da den ble silhuett mot sin moderstjerne. Mens bakgrunnen er opplyst på denne måten, preger planetens atmosfære sin kjemiske signatur på stjernelyset, slik at astronomer kan avkode det som skjer på skalaer som er for små til å direkte kunne avbilde. De håpet å observere at atmosfæren fordamper, men ble skuffet i 2010.
"Det første settet med observasjoner var faktisk skuffende," sa Lecavelier, "siden de ikke viste spor av planetens atmosfære i det hele tatt. Vi skjønte bare at vi hadde lyst på noe mer interessant da det andre settet med observasjoner kom. ”
Lagets oppfølgingsobservasjoner, som ble gjort i 2011, viste en dramatisk endring, med klare tegn på at en gassrør ble sprengt fra planeten med en hastighet på minst 1000 tonn per sekund, med en hastighet på 300.000 km / t, noe som ga planeten en kometlignende utseende.
"Vi hadde ikke bare bekreftet at atmosfære av noen planeter fordamper," sa Lecavelier, "vi hadde sett de fysiske forholdene i den fordampende atmosfæren variere over tid. Ingen hadde gjort det før. ”
Så hvorfor ble atmosfærens tilstand endret?
Til tross for planetens ekstreme temperatur, er atmosfæren ikke varm nok til å fordampe med den hastigheten som ble sett i 2011. I stedet antas at fordampingen er drevet av den intense røntgenstrålingen og ekstrem ultrafiolett stråling fra forelderstjernen, som handler om 20 ganger kraftigere enn vår egen sol. Når man tar hensyn til at HD 189733b er en gigantisk planet veldig nær stjernen, må den lide en røntgendose som er 3 millioner ganger høyere enn jorden.
Fordi røntgenstråler og ekstrem ultrafiolett stjernelys varmer planetens atmosfære og sannsynligvis driver dens flukt, overvåket teamet også stjernen med Swifts røntgenteleskop (XRT). 7. september 2011, bare åtte timer før Hubble var planlagt å observere transitt, overvåket Swift stjernen da den løsnet en kraftig bluss. Det lysnet med 3,6 ganger i røntgenstråler, en pigg som oppsto på toppen av utslippsnivåene som allerede var større enn solens.
"Planetens nærhet til stjernen betyr at den ble rammet av en eksplosjon av røntgenstråler titusenvis av ganger sterkere enn jorden lider selv under en X-klasse solfakkel, den sterkeste kategorien," sa medforfatter Peter Wheatley, en fysiker ved University of Warwick i England.
Etter å ha redegjort for planetenes enorme størrelse, bemerker teamet at HD 189733b møtte omtrent 3 millioner ganger så mange røntgenstråler som Jorden mottar fra en solfakkel ved terskelen til X-klassen.
"Røntgenutslipp er en liten del av stjernens totale produksjon, men det er den delen at den er energisk nok til å drive fordampningen av atmosfæren," sa medforfatter Peter Wheatley fra University of Warwick, Storbritannia. "Dette var den lyseste røntgenstråling fra HD 189733A av flere observert til dags dato, og det virker veldig sannsynlig at virkningen av denne fakkel på planeten drev fordampningen som ble sett noen timer senere med Hubble."
Teamet sa også at endringene i stjernens produksjon kan bety at den gjennomgår en sesongbasert prosess som ligner Suns 11-årige solflekkesyklus.
Teamet håper å avklare endringene de var vitne til ved bruk av fremtidige observasjoner med Hubble og ESAs XMM-Newton røntgenrommet-teleskop, men sier at det ikke er noe spørsmål at planeten ble rammet av en fantastisk bluss, og ingen tvil om at fordampningshastigheten til planetens atmosfære skjøt opp.
Denne forskningen viser fordelene med samarbeidsforskning mellom oppdrag, da Swift så blusset, og Hubble så den enorme mengden gass strippet ut av planetens atmosfære. Det gir også potensiale for fremtidig forskning, for å se på forandringer både i stjernen og atmosfæren fra andre verdener.
Denne videoen fra NASAs Goddard Spaceflight Center inneholder tilleggsinformasjon:
Lead billed caption: Denne kunstnerens gjengivelse illustrerer fordampningen av HD 189733bs atmosfære som svar på et kraftig utbrudd fra vertsstjernen. NASAs Hubble-romteleskop oppdaget de gasser som rømte, og NASAs Swift-satellitt fanget stjernestrålen. Kreditt: NASAs Goddard Space Flight Center.
Andre bildetekst: Swifts Ultraviolet / Optical Telescope fanget denne visningen av HD 189733bs stjerne 14. september 2011. Bildet er 6 buekanter på tvers. Kreditt: NASA / Swift / Stefan Immler
